Question

DNA复制过程中的酶类及其主要功能分别是什么?

Answer 1

1．DNA聚合酶
　　DNA的复制过程极为复杂,但其速度极快,这是由于许多酶和蛋白质因子参与了复制过程.其中,DNA聚合酶起着重要作用.在原有DNA模板链存在情况下,DNA聚合酶催化四种脱氧核苷酸(dATP、dTTP、dGTP、dCTP),通过与模板链的碱基互补配对,合成新的对应DNA链,故此酶又称为DNA指导的DNA聚合酶(DNA directed DNA polymerase,缩写为 DDDP).DNA聚合酶的特点是不能自行从头合成DNA链,而必须有一个多核苷酸链作为引物,DNA聚合酶只能在此引物的端催化dNTP与末端作用,形成磷酸二酯键,从而逐步合成DNA链.因此,DNA链的合成是有方向性的,即从5＇端→3＇端方向进行.这一特点在DNA复制过程中具有重要意义.无论在原核细胞或真核细胞中,都存在多种DNA聚合酶,它们的性质和作用不完全相同.在真核细胞中至少有5种DNA聚合酶,即DNA聚合酶α、β、γ、δ和线粒体聚合酶.其中DNA聚合酶α在细胞中活性最强,在复制中起关键作用,而DNA聚合酶β主要在DNA损伤的修复中起作用.在DNA复制过程中,若有 dNTP与亲代DNA链中相应碱基错误配对时,某些DNA聚合酶还具有核酸外切酶的活性,切去错误配对的核苷酸,以保证DNA复制的忠实性,称为“校对”作用.DNA复制的这一特性也具有重要意义.
除了上述的三种酶,DNA复制还需要一些其它的酶和蛋白质因子,它们主要参与DNA的解旋和解链过程.因为DNA具有超螺旋结构,复制时必然要松弛DNA模板的超螺旋结构,并使DNA的双链分开,暴露碱基,才能发挥模板作用.
　　（1）松弛DNA超螺旋结构的酶是拓扑异构酶.
　　（2）解开DNA双链的酶是解链酶.
　　（3）还有一些蛋白质因子结合在解开的单链DNA链上,保持模板链处于单链状态,便于复制,称为DNA结合蛋白.
　2．DNA连接酶
　　DNA连接酶也是DNA复制过程中不可缺少的酶.因为复制过程中DNA链的合成方向只能由端5＇→3＇端方向进行,因此其中有一条新链的合成是不连续的,起初生成的只是许多短链的DNA片段（对这点的理解十分重要）.此种片段须在DNA连接酶的催化下,首尾相连,才能成为一条完整的DNA长链.实际上,DNA连接酶是将一片段DNA链上的-OH末端与相邻另一片段DNA链上的P末端连接起来,使二者生成磷酸二酯键,从而将两个片段的DNA链连接起来.
　　3．引物酶
　　引物酶是DNA复制的另一种重要的酶.如上所述,DNA聚合酶不能自行从头合成DNA链,因此,在复制过程中首先需要合成一小段多核苷酸链作为引物（Primer）.实验证明,这段引物是RNA链片段,在这段引物的3＇端引导DNA链的合成.催化引物链合成的酶称为引物酶,实际上它是一种特殊的RNA聚合酶.此酶以相应复制起始部位的DNA链为模板,合成短片段的RNA引物.